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EP3960668A1 - Linear motor system and method for operating same - Google Patents

Linear motor system and method for operating same Download PDF

Info

Publication number
EP3960668A1
EP3960668A1 EP20305960.5A EP20305960A EP3960668A1 EP 3960668 A1 EP3960668 A1 EP 3960668A1 EP 20305960 A EP20305960 A EP 20305960A EP 3960668 A1 EP3960668 A1 EP 3960668A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
energy
runner
linear motor
motor system
guideway
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP20305960.5A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Volker Müllerschön
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schneider Electric Industries SAS
Original Assignee
Schneider Electric Industries SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schneider Electric Industries SAS filed Critical Schneider Electric Industries SAS
Priority to EP20305960.5A priority Critical patent/EP3960668A1/en
Priority to US17/446,183 priority patent/US11848632B2/en
Priority to CN202111003770.8A priority patent/CN114337183A/en
Publication of EP3960668A1 publication Critical patent/EP3960668A1/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65G—TRANSPORT OR STORAGE DEVICES, e.g. CONVEYORS FOR LOADING OR TIPPING, SHOP CONVEYOR SYSTEMS OR PNEUMATIC TUBE CONVEYORS
    • B65G54/00—Non-mechanical conveyors not otherwise provided for
    • B65G54/02—Non-mechanical conveyors not otherwise provided for electrostatic, electric, or magnetic
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/02—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
    • H02P25/06—Linear motors
    • H02P25/062—Linear motors of the induction type
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • H02J50/12—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling of the resonant type
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K41/00—Propulsion systems in which a rigid body is moved along a path due to dynamo-electric interaction between the body and a magnetic field travelling along the path
    • H02K41/02—Linear motors; Sectional motors
    • H02K41/03—Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors
    • H02K41/031—Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors of the permanent magnet type
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2207/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J2207/50—Charging of capacitors, supercapacitors, ultra-capacitors or double layer capacitors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/80—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power involving the exchange of data, concerning supply or distribution of electric power, between transmitting devices and receiving devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/90—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power involving detection or optimisation of position, e.g. alignment
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/00032—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries characterised by data exchange
    • H02J7/00034—Charger exchanging data with an electronic device, i.e. telephone, whose internal battery is under charge

Definitions

  • the invention relates to a linear motor system and a method for operating such.
  • the linear motor system has at least one runner and a guide track with a large number of electromagnets distributed along the guide track, which interact with a drive magnet of the runner in order to move the runner along the guide track.
  • Linear motor systems are widely used today. For example, they can be used to move products in industrial plants, in particular to transport them.
  • Multi-carrier systems are particularly advantageous for the flexible transport of a wide variety of products. These include a large number of runners, i.e. transport units that can be moved individually and independently of one another. In a typical multi-carrier system, a guideway for the runners is self-contained, allowing for recirculating operation.
  • linear motor systems When using linear motor systems, it is often not only necessary to move a product along a guideway of the linear motor system, but also to act on the product along the guideway. For example, it may be necessary to rotate the product during transport along the guideway. In another application of a linear motor system, it may be necessary to first produce a container or packaging, such as by folding a cardboard box, and to fill the container or packaging with a product or article during further transport along the guideway and then to close it again close.
  • Known linear motor systems usually have passive runners or transport units that do not allow any influence on the products to be transported. Instead, external devices are often provided, which are arranged at specific positions along the guideway and interact with the product during transport along the guideway.
  • An object of the invention is to specify a linear motor system and a method for operating such, in which the possibility exists or is created to act on an object to be transported on a rotor of the linear motor system itself without the need for an external device.
  • a linear motor system which is designed in particular as a transport system and, for example, as a multi-carrier system, comprises a guideway with a large number of electromagnets distributed along the guideway and at least one runner, which is guided by the guideway and can be moved along it and a drive magnet for Includes cooperation with the electromagnets of the guide track for moving the runner.
  • the linear motor system also includes a control device for controlling the movement of the runner relative to the guideway by correspondingly controlling the electromagnets of the guideway.
  • the runner also has an energy consumer, while the guide track has at least one stationary transmission device which is provided for providing energy and is located at a predetermined position along the guide track. Accordingly, the runner has a receiving device that is designed to receive energy from the transmission device of the guideway. In addition, the runner has an energy storage device that is connected to the receiving device and to the energy consumer. The energy storage device of the rotor is designed to supply the energy consumer with energy during its operation.
  • the energy consumer of the runner is, for example, an actuator that acts, for example, mechanically on a product or product that is transported by means of the runner, and/or a sensor that is able to detect certain properties of the product or product to record the product.
  • the energy consumer is thus designed for a minimum power consumption, which is necessary, for example, for the mechanical impact on a product.
  • the power consumption of the energy consumer can have a lower limit of 10, 30, 50 or 100 watts, for example, and the storage device for energy is designed accordingly, so that reliable operation of the actuator and/or sensor as an energy consumer is ensured. Accordingly, at least one power of more than 10, 30, 50 or 100 watts can be transferred to the runner by means of the transmission device.
  • the runner Since the runner is equipped with the receiving device and the storage device for energy, the runner itself can provide a suitable amount of energy so that the energy consumer can act on the product or product, for example in the form of an actuator and/or sensor. Elaborate external facilities to act on the product or product are thus not necessary anymore. Therefore, a facility within which the linear motor system resides requires a reduced footprint compared to facilities that require external devices to act on the product. As a result, the cost of the entire system decreases.
  • the position where the transmission means of the guideway for supplying the energy to the mover is located is not predetermined, so that the transmission means can be flexibly arranged along the guideway.
  • the transmission device can extend in one direction along the guide track either over the maximum length of the runner in the direction of the guide track if the energy transmission takes place when the runner is stationary, or it can extend over a few lengths of the runner, for example three to five runner lengths , if the runner is in motion during the energy transfer. In both cases, however, the length over which the transmission device extends along the guideway is considerably less than the total length of the guideway. This allows flexible construction of the linear motor system and the corresponding plant as a whole.
  • the transfer of energy from the guide track to the runner is also independent of the use of the energy by the energy consumer.
  • the length of time for the transmission of the energy and the size of the energy storage device can be dimensioned in such a way that a sufficient amount of energy is available for the activity of the energy consumer.
  • the drive magnet can also include several individual magnets, in particular permanent magnets.
  • the guide track can be formed by several linear motors (ie segments). Each linear motor preferably comprises a plurality of electromagnets, by means of which the runners are moved.
  • the receiving device is designed to receive the energy from the transmission device without contact.
  • the transmission of energy to the runner of the linear motor system is thus free from wear and tear that would occur, for example, in mechanical energy transmission with direct coupling or in electrical energy transmission by means of slip rings, which could produce dust and dirt.
  • the non-contact energy transfer is particularly advantageous if the linear motor system is to be used in an aseptic environment.
  • the energy storage device of the rotor can also be designed to store an electrical charge.
  • double-layer capacitors such as supercaps or ultracaps and alternatively accumulators such as lithium-ion accumulators can be used as the energy storage device.
  • electrical charge storage devices advantageously have a high energy density, thereby improving performance and applications for the energy user.
  • the runner can also include an electronic device that is provided for controlling the energy consumer and for determining a state of charge of the energy storage device.
  • the activation of the energy consumer and the charging of the energy storage device can thus be coordinated with the movement of the runner along the guide track by means of the electronic device.
  • the movement of the rotor can be controlled in such a way that it comes into contact with the stationary transmission device as soon as the state of charge of the energy storage device reaches a predetermined level Below threshold to recharge the energy storage device in time. This can ensure that the energy storage device always contains enough energy to activate the energy consumer.
  • the transmission device of the guide track and the receiving device of the runner can each have at least one coil.
  • the coil of the transmission device can be inductively coupled to the coil of the reception device if the reception device is located within a predetermined distance in relation to the transmission device.
  • the at least one coil of the transmission device can comprise a plurality of superimposed coils or an elongated coil along the guide track.
  • an inductive resonance coupling in which the respective coils are tuned to the same frequency, is provided between the transmission device of the guide track and the receiving device of the runner.
  • the energy can also be transmitted capacitively.
  • the transmission device and the receiving device can jointly comprise a capacitor and, for example, each have a plate of a plate capacitor.
  • the predetermined position of the transmission device can also be different from positions along the guide track at which activation of the energy consumer is provided.
  • the energy transfer to the rotor is thus independent of the activation of the energy consumer in terms of time and space.
  • a number of process stations can be provided along the guide track, at which an actuator and/or sensor of the runner is located be activated in different ways in order to carry out, in a predetermined order, certain steps associated, for example, with a manufacturing process.
  • the temporal and spatial decoupling of the energy transmission from the activation of the energy consumer also enables a flexible arrangement of one or more stationary transmission devices along the guideway, for example between the respective process stations.
  • the runner is designed to send and receive information wirelessly.
  • This information relates in particular to the control of the energy consumer and/or a state of charge of the energy storage device.
  • the runner can thus be signal-coupled to the control device of the linear motor system, so that the movement of the runner can be coordinated with its internal control, i.e. for example with the activation of the energy consumer and the detection of the state of charge of the energy storage device.
  • the receiving device of the runner and the transmission device of the guide track can also be designed to send and receive the information.
  • the receiving device and the transmission device can thus have a double functionality, specifically for energy transmission and for communication between the runner and, for example, the control device of the linear motor system. Consequently, no further devices are required for the communication in this embodiment, wherein the communication between the receiving device of the runner and the transmission device of the guideway can be limited to the range of the stationary position of the transmission device.
  • the runner can have a separate communication device that is in direct wireless contact with the control device of the linear motor system.
  • a well-known, inexpensive wireless technology can be used be used, for example Bluetooth, WiFi, etc.
  • the communication between the runner and, for example, the control device of the linear motor system is not limited to a specific spatial area in this alternative, but can take place along the entire guideway of the linear motor system.
  • the runner can be designed (or be actuated or moved accordingly by the electromagnets of the guide track) in order for a respective predetermined period of time i) to transmit energy at the position of the transmission device and/or ii) at a predetermined activation position of the energy consumer to stop
  • the runner can also be in motion during the energy transfer and/or during an activation of the energy consumer.
  • the speed of the runner is preferably low (i.e. below a threshold speed which is below a normal movement speed of the runner), so that the runner travels very slowly through the transmission device for energy transmission.
  • the predetermined period of time may variably depend on the state of charge of the power storage device when the state of charge of the power storage device is detected.
  • the energy transfer to the runner and the activation of the energy consumer can thus be coordinated with one another by means of the respective predetermined time durations for the respective stopping of the runner or by means of the speed during the energy transmission or the activation of the energy consumer if the runner remains in motion during this time.
  • Another object of the invention is a method for operating a linear motor system, as described above, for example.
  • the linear motor system has a guideway with a large number of electromagnets distributed along the guideway, which interact with a drive magnet of the runner in order to move the runner along the guideway.
  • the rotor is equipped with an energy consumer and an energy storage device for supplying energy to the energy consumer.
  • At least one process station, at which the energy consumer of the runner is activated, and at least one transmission device for transmitting energy to the runner are also provided along the guideway.
  • the method includes a calibration phase and an operating phase of the linear motor system.
  • a calibration phase an amount of energy is determined that is required to activate the energy consumer at the process station.
  • the operating phase on the other hand, the amount of energy determined during the calibration phase is transferred to the runner by means of the transmission device before the energy consumer of the runner is activated at the process station.
  • the method as a whole thus serves to transfer energy to the rotor.
  • the transmission of energy to the runner by means of the transmission device is coordinated with the activation of the energy consumer at the process station with regard to the required amount of energy.
  • the amount of energy required which is determined during the calibration phase, can be greater than the amount of energy actually consumed by the energy consumer during its activation, in order to secure the activation of the energy consumer.
  • the required amount of energy includes a safety reserve.
  • the process flow along the guide track can be optimized, since on the one hand a sufficient amount of energy for the activation of the energy consumer is provided at the process station and on the other hand none unnecessarily large amount of energy is transmitted, which would accordingly require an unnecessarily long period of time for energy transmission.
  • the energy storage device of the runner is designed to store electrical charge, and according to the method a first state of charge of the energy storage device is first determined before the energy consumer of the runner is activated at the process station. After activation of the energy consumer at the process station, a second state of charge of the energy storage device is also determined, and the amount of energy required to activate the consumer is then determined based on a difference between the first state of charge and the second state of charge of the energy storage device.
  • the state of charge can be determined by a simple voltage measurement.
  • the present embodiment with determination of two states of charge thus allows the method to be carried out in a simple and cost-effective manner.
  • a third state of charge of the energy storage device can also be determined in the operating phase of the linear motor system before the energy consumer is activated at the process station, and a fourth state of charge of the energy storage can be determined after activation of the energy consumer at the process station.
  • a correction amount of energy for activating the energy consumer can also be determined on the basis of a difference between the third and fourth state of charge, and a deviation can be determined between this correction amount of energy and the amount of energy determined in the calibration phase. If the deviation exceeds a predetermined threshold value, the amount of energy determined in the calibration phase can be updated with the amount of correction energy.
  • the amount of energy required to activate the energy consumer can thus be updated using the difference between two states of charge before and after activation. Furthermore, the amount of energy required, which is determined during the calibration phase, can be checked during the operating phase. In addition, the additional method steps during the operating phase allow the linear motor system to be adapted to a change in parameters of the energy consumer and/or to a change in a product or product that the energy consumer is intended to affect and that is transported by means of the linear motor system.
  • the linear motor system 11 comprises a plurality of linear motors 13 which are arranged in a row so that a continuous and, in this case, revolving movement of the runners 15 along a guide track 17 is made possible.
  • the transport system 11 comprises a plurality of runners 15 which form individual transport elements of the transport system 11 and which can be moved independently of one another along the guide track 17 by means of the linear motors 13 .
  • FIG. 2 shows a curved section of the linear motor system 11 in an enlarged view. Only one runner 15 is shown here, which can be moved along the guide track 17 by means of the linear motors 13 .
  • Various electronic devices for controlling the linear motors 13 are visible on the side of the guideway 17 facing away from the runner 15, ie inside the curved section.
  • the linear motor system 11 is shown in a sectional view and enlarged.
  • a runner 15 that is movably guided on the guideway 17 is visible.
  • the runner 15 can be moved along a guide axis 19 or movement axis.
  • the runner 15 is controlled by a large number of electromagnets 21, which are arranged on the guideway 17 and are evenly distributed along it.
  • the electromagnets 21 interact with a permanent magnet 23 arranged on the rotor 15, which can also be referred to as a drive magnet, to drive the rotor.
  • the runner 15 is mechanically guided on the guide track 17, specifically by a roller guide. This comprises guide rollers 25 on the runner 15 and guide rails 27 on the guide track 17. The runner 15 is held on the guide track 17 in particular by the permanent magnet 23.
  • the linear motor system 11 also includes a position detection device 29. This can be designed, for example, as a row of a large number of magnetic sensors, which extends along the guide track 17.
  • a permanent magnet 31, for example, can be provided on the rotor 15, which can also be referred to as a position magnet and 2 is visible.
  • the linear motor system 11 also includes a communication interface 50 (see FIG figure 5 ), which is coupled to a control device 51, of which an element in figure 5 is shown and which is set up to control the electromagnets 21 in a targeted manner in order to move the rotor 15 along the guideway 17 or the guide axis 19 .
  • the position detection device 29 returns position information relating to the position of the runner 15 in relation to the guide axis 19 to the control device 51.
  • the control device 51 regulates the movement of the runner 15 on the basis of the position information.
  • FIG 4 shows a schematic representation of a linear motor system 11 according to the invention, which, like the linear motor system 11 of FIG Figures 1 to 3 is designed as a multi-carrier system and includes all elements that are Figures 1 to 3 shown and described above.
  • the linear motor system 11 thus has a large number of runners 15 which move clockwise along the closed guideway 17, as indicated by the arrows.
  • a total of four process stations 33 (cf. 4 ) arranged, which are successively traversed by the runners 15 and are denoted by P1, P2, P3 and P4.
  • material for producing a container is fed to the runner 15, and the container is then moved by means of an actuator 41 (cf. figure 5 ) of the runner 15 is produced, for example by folding a cardboard box.
  • the container is filled with a product or product, while the container is closed at the third process station 33 or P3 and leaves the linear motor system 11 at the fourth process station 33 or P4.
  • a total of three transmission devices 35 are arranged between the process stations 33 along the guide track 17 and are provided for the transmission of energy to the runner 15 .
  • the transmission devices 35 each comprise at least one coil 37 in order to produce an inductive coupling between the transmission device 35 and the runner 15, as explained in more detail below.
  • figure 5 shows a detailed view of a section of the linear motor system 11 from FIG 4 , in which a rotor 15 is located in the immediate vicinity of one of the transmission devices 35.
  • the transmission device 35 has the coil 37, which is already shown in 4 is shown and ultimately serves to transfer energy to the rotor 15.
  • the transmission device 35 also has a power or current source 38 which is connected to an oscillator 39 which in turn supplies the coil 37 with an alternating voltage.
  • an element of the control device 51 shown which is generally provided for controlling the movement of the runner 15 along the guideway 17 and that shown here Element controls the transmission of energy to the rotor 15 by means of the coil 37.
  • the runner 15 has a coil 40 which belongs to a receiving device 36 of the runner 15 .
  • the rotor 15 is able to receive energy from the transmission device 35 via the coil 40.
  • the coil 40 is in resonance coupling with the coil 37 of the transmission device 35, in which the two coils 37, 40 are tuned to the same frequency.
  • a high coupling factor of about 0.5 to 0.8, for example 0.54 can be achieved with a distance between the coils 37, 40 of 3 to 6 mm.
  • the energy that is absorbed by the coil 40 of the rotor 15 is ultimately used to supply an energy consumer 41, which is designed as an actuator in the present example.
  • the actuator 41 acts on the process stations 33 during operation of the linear motor system 11 (cf. 4 ) on one or more objects that are transported by means of the runner 15 along the guide track 17 of the linear motor system 11.
  • the energy that is absorbed by the coil 40 and by the actuator 41 at the process stations 33 (cf. 4 ) is to be consumed is stored in an energy storage device 43 in the rotor 15 .
  • the energy storage device 43 includes double-layer capacitors such as supercaps or ultracaps, which have a high energy density and are charged by means of the coil 40 when the rotor 15 is in the vicinity of the transmission device 35 .
  • the rotor 15 also has an electronic device 45 in the form of a processor, which serves to control the actuator 41 on the one hand.
  • the processor 45 is connected to a device 47 for detecting the state of charge of the energy storage device 43 .
  • the runner 15 has a communication device 49, with which the runner 15 is in a communication connection with the control device 51 of the linear motor system 11, for example by means of Bluetooth, WiFi, etc. It is possible via this communication connection to control the actuator 41 at any position of the runner 15 along the guide track 17 by means of the control device of the linear motor system 11 .
  • the inductive coupling between the two coils 37, 40 can also be used to transmit information, for example to transmit the state of charge of the energy storage device 43 while it is being charged at the transmission device 35.
  • a respective runner 15 can stop at one of the transmission stations 35 for a predetermined period of time (cf. 4 ) until the energy storage device 43 of this rotor 15 has reached a predetermined state of charge.
  • a respective runner 15 it is also possible for a respective runner 15 to run through the area of the respective transmission station 35 at a low speed while the energy storage device 43 is being charged.
  • the coil 37 of the transmission device 35 it is expedient for the coil 37 of the transmission device 35 to be elongate along the guide track 17 or for it to consist of a plurality of coils superimposed on one another.
  • a calibration phase of the linear motor system 11 is provided before its actual operating phase.
  • first a first state of charge of the energy storage device 43 of one of the runners 15 is detected before the runner 15 reaches the respective process station 33 or P1, P2, P3 or P4.
  • a second state of charge of the energy storage device 43 is detected. Based on the difference of the first and second state of charge, the amount of energy required to activate or actuate the actuator 41 at the respective process station 33 is determined.
  • the energy storage device 43 of the runner 15 is charged at one of the transmission devices 35 in front of the respective process station 33 with a charge that corresponds to the amount of energy that was previously determined for this process station 33 during the calibration phase.
  • the amount of energy that is determined for the respective process station 33 during the calibration phase can be checked or adjusted during the operating phase of the linear motor system 11 .
  • a pair of charge states of the energy storage device 43 of the respective rotor 15 is determined, again before and after the activation or actuation of the actuator 41 at the respective process station 33.
  • the difference between these two charge states is compared with the difference between the corresponding Charge states from the calibration phase are compared in order to adjust the amount of energy that the energy storage device 43 of the rotor 15 is to absorb at the respective transmission devices 35, if necessary.

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Abstract

Ein Linearmotorsystem, bei dem es sich insbesondere um ein Transportsystem und beispielsweise um ein Multi-Carrier-System handelt, umfasst eine Führungsbahn mit einer Vielzahl von entlang der Führungsbahn verteilt angeordneten Elektromagneten und wenigstens einen Läufer, der von der Führungsbahn geführt und entlang dieser bewegbar ist und einen Antriebsmagneten zum Zusammenwirken mit den Elektromagneten der Führungsbahn zum Bewegen des Läufers umfasst, sowie eine Steuerungseinrichtung zur Steuerung der Bewegung des Läufers relativ zur Führungsbahn durch entsprechende Ansteuerung der Elektromagneten. Die Führungsbahn weist mindestens eine stationäre Übertragungseinrichtung auf, die zum Bereitstellen von Energie vorgesehen ist und sich an einer vorbestimmten Position befindet. Der Läufer umfasst eine entsprechende Empfangseinrichtung, die ausgebildet ist, um Energie von der Übertragungseinrichtung der Führungsbahn zu empfangen, und einen Energieverbraucher. Ferner weist der Läufer eine Energiespeichereinrichtung auf, die mit der Empfangseinrichtung und mit dem Energieverbraucher verbunden und ausgebildet ist, um den Energieverbraucher während dessen Betrieb mit Energie zu versorgen.A linear motor system, which is in particular a transport system and, for example, a multi-carrier system, comprises a guideway with a large number of electromagnets distributed along the guideway and at least one runner, which is guided by the guideway and can be moved along it and a drive magnet for interacting with the electromagnets of the guideway to move the runner, and a control device for controlling the movement of the runner relative to the guideway by appropriately controlling the electromagnets. The guide track has at least one stationary transmission device, which is provided for providing energy and is located at a predetermined position. The runner includes a corresponding receiving device, which is designed to receive energy from the transmission device of the guide track, and an energy consumer. Furthermore, the rotor has an energy storage device which is connected to the receiving device and to the energy consumer and is designed to supply the energy consumer with energy during its operation.

Description

Die Erfindung betrifft ein Linearmotorsystem und ein Verfahren zum Betreiben eines solchen. Das Linearmotorsystem weist zumindest einen Läufer und eine Führungsbahn mit einer Vielzahl von entlang der Führungsbahn verteilt angeordneten Elektromagneten auf, die mit einem Antriebsmagneten des Läufers zusammenwirken, um den Läufer entlang der Führungsbahn zu bewegen.The invention relates to a linear motor system and a method for operating such. The linear motor system has at least one runner and a guide track with a large number of electromagnets distributed along the guide track, which interact with a drive magnet of the runner in order to move the runner along the guide track.

Linearmotorsysteme sind heute weit verbreitet. Sie können zum Beispiel dazu eingesetzt werden, Produkte in Industrieanlagen zu bewegen, insbesondere zu transportieren. Zum flexiblen Transport von verschiedensten Produkten sind Multi-Carrier-Systeme besonders vorteilhaft. Diese umfassen eine Vielzahl an Läufern, d.h. Transporteinheiten, die einzeln und unabhängig voneinander bewegbar sind. In einem typischen Multi-Carrier-System ist eine Führungsbahn für die Läufer in sich geschlossen, was einen Umlaufbetrieb ermöglicht.Linear motor systems are widely used today. For example, they can be used to move products in industrial plants, in particular to transport them. Multi-carrier systems are particularly advantageous for the flexible transport of a wide variety of products. These include a large number of runners, i.e. transport units that can be moved individually and independently of one another. In a typical multi-carrier system, a guideway for the runners is self-contained, allowing for recirculating operation.

Bei der Verwendung von Linearmotorsystemen ist es oft nicht nur erforderlich, ein Produkt entlang einer Führungsbahn des Linearmotorsystems zu bewegen, sondern auch, auf das Produkt entlang der Führungsbahn einzuwirken. Beispielsweise kann es notwendig sein, das Produkt während des Transports entlang der Führungsbahn zu drehen. Bei einer anderen Anwendung eines Linearmotorsystems kann es erforderlich sein, zunächst einen Behälter oder eine Verpackung herzustellen, wie etwa durch Falten einer Kartonage, und den Behälter oder die Verpackung während des weiteren Transports entlang der Führungsbahn mit einem Produkt oder Erzeugnis zu füllen sowie anschließend wieder zu verschließen.When using linear motor systems, it is often not only necessary to move a product along a guideway of the linear motor system, but also to act on the product along the guideway. For example, it may be necessary to rotate the product during transport along the guideway. In another application of a linear motor system, it may be necessary to first produce a container or packaging, such as by folding a cardboard box, and to fill the container or packaging with a product or article during further transport along the guideway and then to close it again close.

Bei bekannten Linearmotorsystemen sind meistens passive Läufer oder Transporteinheiten vorhanden, die an sich keine Einwirkung auf die zu transportierenden Produkte gestatten. Stattdessen sind häufig externe Einrichtungen vorgesehen, die an bestimmten Positionen entlang der Führungsbahn angeordnet sind und mit dem Produkt während des Transports entlang der Führungsbahn wechselwirken.Known linear motor systems usually have passive runners or transport units that do not allow any influence on the products to be transported. Instead, external devices are often provided, which are arranged at specific positions along the guideway and interact with the product during transport along the guideway.

Solche externen Einrichtungen benötigen jedoch zusätzlichen Raum entlang und neben der Führungsbahn, und sie erhöhen daher den Bedarf an Bauraum sowie die Kosten der gesamten Anlage, innerhalb derer sich das Linearmotorsystem befindet. Darüber hinaus sind solche externen Einrichtungen meist nicht flexibel veränderbar.However, such external devices require additional space along and adjacent to the guideway and therefore increase the space requirements and cost of the overall facility within which the linear motor system resides. In addition, such external devices are usually not flexibly changeable.

Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Linearmotorsystem und ein Verfahren zum Betreiben eines solchen anzugeben, bei welchen die Möglichkeit besteht bzw. geschaffen wird, an einem Läufer des Linearmotorsystems selbst ohne die Notwendigkeit einer externen Einrichtung auf einen zu transportierenden Gegenstand einzuwirken.An object of the invention is to specify a linear motor system and a method for operating such, in which the possibility exists or is created to act on an object to be transported on a rotor of the linear motor system itself without the need for an external device.

Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst.This object is solved by the subject matter of the independent claims.

Ein Linearmotorsystem, das insbesondere als Transportsystem und beispielsweise als Multi-Carrier-System ausgebildet ist, umfasst eine Führungsbahn mit einer Vielzahl von entlang der Führungsbahn verteilt angeordneten Elektromagneten und wenigstens einen Läufer, der von der Führungsbahn geführt und entlang dieser bewegbar ist und einen Antriebsmagneten zum Zusammenwirken mit den Elektromagneten der Führungsbahn zum Bewegen des Läufers umfasst. Das Linearmotorsystem umfasst ferner eine Steuerungseinrichtung zur Steuerung der Bewegung des Läufers relativ zur Führungsbahn, indem die Elektromagneten der Führungsbahn entsprechend angesteuert werden.A linear motor system, which is designed in particular as a transport system and, for example, as a multi-carrier system, comprises a guideway with a large number of electromagnets distributed along the guideway and at least one runner, which is guided by the guideway and can be moved along it and a drive magnet for Includes cooperation with the electromagnets of the guide track for moving the runner. The linear motor system also includes a control device for controlling the movement of the runner relative to the guideway by correspondingly controlling the electromagnets of the guideway.

Der Läufer weist ferner einen Energieverbraucher auf, während die Führungsbahn mindestens eine stationäre Übertragungseinrichtung aufweist, die zum Bereitstellen von Energie vorgesehen ist und sich an einer vorbestimmten Position entlang der Führungsbahn befindet. Der Läufer weist dementsprechend eine Empfangseinrichtung auf, die ausgebildet ist, um Energie von der Übertragungseinrichtung der Führungsbahn zu empfangen. Zusätzlich weist der Läufer eine Energiespeichereinrichtung auf, die mit der Empfangseinrichtung und mit dem Energieverbraucher in Verbindung steht. Die Energiespeichereinrichtung des Läufers ist ausgebildet, um den Energieverbraucher während dessen Betrieb mit Energie zu versorgen.The runner also has an energy consumer, while the guide track has at least one stationary transmission device which is provided for providing energy and is located at a predetermined position along the guide track. Accordingly, the runner has a receiving device that is designed to receive energy from the transmission device of the guideway. In addition, the runner has an energy storage device that is connected to the receiving device and to the energy consumer. The energy storage device of the rotor is designed to supply the energy consumer with energy during its operation.

Bei dem Energieverbraucher des Läufers handelt es sich beispielsweise um einen Aktor, der z.B. mechanisch auf ein Produkt oder ein Erzeugnis einwirkt, das mittels des Läufers transportiert wird, und/oder um einen Sensor, der in der Lage ist, bestimmte Eigenschaften des Produkts oder des Erzeugnisses zu erfassen. Der Energieverbraucher ist somit für eine Mindest-Leistungsaufnahme ausgelegt, die beispielsweise für die mechanische Einwirkung auf ein Produkt erforderlich ist. Die Leistungsaufnahme des Energieverbrauchers kann beispielsweise eine Untergrenze von10, 30, 50 oder 100 Watt aufweisen, und die Speichereinrichtung für Energie ist entsprechend ausgelegt, so dass ein zuverlässiger Betrieb des Aktors und/oder Sensors als Energieverbraucher sichergestellt ist. Dementsprechend kann zumindest eine Leistung von mehr als 10, 30, 50 oder 100 Watt mittels der Übertragungseinrichtung an den Läufer transferiert werden.The energy consumer of the runner is, for example, an actuator that acts, for example, mechanically on a product or product that is transported by means of the runner, and/or a sensor that is able to detect certain properties of the product or product to record the product. The energy consumer is thus designed for a minimum power consumption, which is necessary, for example, for the mechanical impact on a product. The power consumption of the energy consumer can have a lower limit of 10, 30, 50 or 100 watts, for example, and the storage device for energy is designed accordingly, so that reliable operation of the actuator and/or sensor as an energy consumer is ensured. Accordingly, at least one power of more than 10, 30, 50 or 100 watts can be transferred to the runner by means of the transmission device.

Da der Läufer mit der Empfangseinrichtung und mit der Speichereinrichtung für Energie ausgestattet ist, kann der Läufer an sich eine geeignete Energiemenge bereitstellen, damit der Energieverbraucher beispielsweise in der Form eines Aktors und/oder Sensors auf das Produkt oder Erzeugnis einwirken kann. Aufwändige externe Einrichtungen zur Einwirkung auf das Produkt oder Erzeugnis sind somit nicht mehr erforderlich. Daher benötigt eine Anlage, innerhalb derer sich das Linearmotorsystem befindet, eine verringerte Grundfläche im Vergleich zu Anlagen, die externe Einrichtungen zur Einwirkung auf das Produkt bzw. das Erzeugnis benötigen. Infolgedessen sinken die Kosten für die gesamte Anlage.Since the runner is equipped with the receiving device and the storage device for energy, the runner itself can provide a suitable amount of energy so that the energy consumer can act on the product or product, for example in the form of an actuator and/or sensor. Elaborate external facilities to act on the product or product are thus not necessary anymore. Therefore, a facility within which the linear motor system resides requires a reduced footprint compared to facilities that require external devices to act on the product. As a result, the cost of the entire system decreases.

Ferner ist die Position, an der sich die Übertragungseinrichtung der Führungsbahn zum Bereitstellen der Energie für den Läufer befindet, nicht im Vorhinein festgelegt, so dass die Übertragungseinrichtung flexibel entlang der Führungsbahn angeordnet werden kann. Dabei kann sich die Übertragungseinrichtung in einer Richtung entlang der Führungsbahn entweder maximal über die Länge des Läufers in Richtung der Führungsbahn erstrecken, wenn die Energieübertragung im Stillstand des Läufers erfolgt, oder sie kann sich über einige wenige Längen des Läufers erstrecken, beispielsweise drei bis fünf Läuferlängen, wenn der Läufer während der Energieübertragung in Bewegung ist. In beiden Fällen ist die Länge, über die sich die Übertragungseinrichtung entlang der Führungsbahn erstreckt, jedoch erheblich kleiner als die Gesamtlänge der Führungsbahn. Dies gestattet eine flexible Konstruktion des Linearmotorsystems und der entsprechenden Anlage als Ganzes. Aufgrund der Energiespeichereinrichtung des Läufers ist die Übertragung der Energie von der Führungsbahn auf den Läufer außerdem zeitlich unabhängig von der Nutzung der Energie durch den Energieverbraucher. Darüber hinaus können die Zeitdauer für die Übertragung der Energie und die Größe der Energiespeichereinrichtung derart dimensioniert werden, dass eine ausreichende Energiemenge für die Aktivität des Energieverbrauchers zur Verfügung steht.Further, the position where the transmission means of the guideway for supplying the energy to the mover is located is not predetermined, so that the transmission means can be flexibly arranged along the guideway. In this case, the transmission device can extend in one direction along the guide track either over the maximum length of the runner in the direction of the guide track if the energy transmission takes place when the runner is stationary, or it can extend over a few lengths of the runner, for example three to five runner lengths , if the runner is in motion during the energy transfer. In both cases, however, the length over which the transmission device extends along the guideway is considerably less than the total length of the guideway. This allows flexible construction of the linear motor system and the corresponding plant as a whole. Due to the energy storage device of the runner, the transfer of energy from the guide track to the runner is also independent of the use of the energy by the energy consumer. In addition, the length of time for the transmission of the energy and the size of the energy storage device can be dimensioned in such a way that a sufficient amount of energy is available for the activity of the energy consumer.

Der Antriebsmagnet kann auch mehrere einzelne Magneten, insbesondere Permanentmagneten, umfassen.The drive magnet can also include several individual magnets, in particular permanent magnets.

Die Führungsbahn kann durch mehrere Linearmotoren (d.h. Segmente) gebildet sein. Bevorzugt umfasst jeder Linearmotor mehrere der Elektromagneten, mittels welchen die Läufer bewegt werden.The guide track can be formed by several linear motors (ie segments). Each linear motor preferably comprises a plurality of electromagnets, by means of which the runners are moved.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen angegeben.Advantageous developments of the invention are specified in the dependent claims, the description and the drawings.

Gemäß einer Ausführungsform ist die Empfangseinrichtung ausgebildet, um die Energie von der Übertragungseinrichtung berührungslos zu empfangen. Die Übertragung der Energie auf den Läufer des Linearmotorsystems ist dadurch frei von Abnutzung, die beispielsweise bei einer mechanischen Energieübertragung mit direkter Kopplung oder bei einer elektrischen Energieübertragung mittels Schleifringen auftreten würde und dabei Staub sowie Schmutz erzeugen könnte. Die berührungslose Energieübertragung ist besonders vorteilhaft, wenn das Linearmotorsystem in einer aseptischen Umgebung eingesetzt werden soll.According to one embodiment, the receiving device is designed to receive the energy from the transmission device without contact. The transmission of energy to the runner of the linear motor system is thus free from wear and tear that would occur, for example, in mechanical energy transmission with direct coupling or in electrical energy transmission by means of slip rings, which could produce dust and dirt. The non-contact energy transfer is particularly advantageous if the linear motor system is to be used in an aseptic environment.

Die Energiespeichereinrichtung des Läufers kann ferner zur Speicherung von elektrischer Ladung ausgebildet sein. Als Energiespeichereinrichtung können in diesem Fall beispielsweise Doppelschicht-Kondensatoren wie etwa Supercaps oder Ultracaps und alternativ Akkumulatoren wie beispielsweise Lithium-Ionen-Akkus verwendet werden. Solche Speichereinrichtungen für elektrische Ladung verfügen vorteilhafterweise über eine hohe Energiedichte, wodurch die Leistungsfähigkeit und die Anwendungsmöglichkeiten für den Energieverbraucher verbessert werden.The energy storage device of the rotor can also be designed to store an electrical charge. In this case, for example, double-layer capacitors such as supercaps or ultracaps and alternatively accumulators such as lithium-ion accumulators can be used as the energy storage device. Such electrical charge storage devices advantageously have a high energy density, thereby improving performance and applications for the energy user.

Der Läufer kann ferner eine elektronische Einrichtung umfassen, die zur Steuerung des Energieverbrauchers und zum Ermitteln eines Ladezustands der Energiespeichereinrichtung vorgesehen ist. Die Aktivierung des Energieverbrauchers und das Aufladen der Energiespeichereinrichtung können somit mittels der elektronischen Einrichtung mit der Bewegung des Läufers entlang der Führungsbahn abgestimmt werden. Beispielsweise kann die Bewegung des Läufers derart gesteuert werden, dass dieser mit der stationären Übertragungseinrichtung in Kontakt gelangt, sobald der Ladezustand der Energiespeichereinrichtung einen vorbestimmten Schwellenwert unterschreitet, um die Energiespeichereinrichtung rechtzeitig nachzuladen. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die Energiespeichereinrichtung stets genügend Energie zur Aktivierung des Energieverbrauchers enthält.The runner can also include an electronic device that is provided for controlling the energy consumer and for determining a state of charge of the energy storage device. The activation of the energy consumer and the charging of the energy storage device can thus be coordinated with the movement of the runner along the guide track by means of the electronic device. For example, the movement of the rotor can be controlled in such a way that it comes into contact with the stationary transmission device as soon as the state of charge of the energy storage device reaches a predetermined level Below threshold to recharge the energy storage device in time. This can ensure that the energy storage device always contains enough energy to activate the energy consumer.

Die Übertragungseinrichtung der Führungsbahn und die Empfangseinrichtung des Läufers können jeweils mindestens eine Spule aufweisen. Dabei kann die Spule der Übertragungseinrichtung mit der Spule der Empfangseinrichtung induktiv gekoppelt sein, wenn sich die Empfangseinrichtung bezogen auf die Übertragungseinrichtung innerhalb eines vorbestimmten Abstands befindet. Die mindestens eine Spule der Übertragungseinrichtung kann mehrere sich überlagernde Spulen oder eine langgezogene Spule entlang der Führungsbahn umfassen. Ferner ist insbesondere eine induktive Resonanzkopplung, bei der die jeweiligen Spulen auf die gleiche Frequenz abgestimmt sind, zwischen der Übertragungseinrichtung der Führungsbahn und der Empfangseinrichtung des Läufers vorgesehen. Mittels der induktiven Kopplung zweier Spulen und insbesondere deren induktiver Resonanzkopplung lässt sich die Energieübertragung auf den Läufer auf relativ einfache und platzsparende Weise erreichen.The transmission device of the guide track and the receiving device of the runner can each have at least one coil. In this case, the coil of the transmission device can be inductively coupled to the coil of the reception device if the reception device is located within a predetermined distance in relation to the transmission device. The at least one coil of the transmission device can comprise a plurality of superimposed coils or an elongated coil along the guide track. Furthermore, in particular an inductive resonance coupling, in which the respective coils are tuned to the same frequency, is provided between the transmission device of the guide track and the receiving device of the runner. By means of the inductive coupling of two coils and in particular their inductive resonance coupling, energy can be transmitted to the rotor in a relatively simple and space-saving manner.

Alternativ oder zusätzlich kann die Energieübertragung auch kapazitiv erfolgen. Hierzu können die Übertragungseinrichtung und die Empfangseinrichtung gemeinsam einen Kondensator umfassen und beispielsweise jeweils eine Platte eines Plattenkondensators aufweisen.Alternatively or additionally, the energy can also be transmitted capacitively. For this purpose, the transmission device and the receiving device can jointly comprise a capacitor and, for example, each have a plate of a plate capacitor.

Die vorbestimmte Position der Übertragungseinrichtung kann ferner von Positionen entlang der Führungsbahn verschieden sein, an welchen eine Aktivierung des Energieverbrauchers vorgesehen ist. Die Energieübertragung auf den Läufer ist somit zeitlich und räumlich unabhängig von der Aktivierung des Energieverbrauchers. Beispielsweise können entlang der Führungsbahn mehrere Prozessstationen vorgesehen sein, an denen ein Aktor und/oder Sensor des Läufers jeweils auf unterschiedliche Art aktiviert werden, um in einer vorbestimmten Reihenfolge bestimmte Schritte auszuführen, die beispielsweise einem Herstellungsverfahren zugeordnet sind. Die zeitliche und räumliche Entkopplung der Energieübertragung von der Aktivierung des Energieverbrauchers ermöglicht ferner eine flexible Anordnung einer oder mehrerer stationärer Übertragungseinrichtungen entlang der Führungsbahn, beispielsweise zwischen den jeweiligen Prozessstationen.The predetermined position of the transmission device can also be different from positions along the guide track at which activation of the energy consumer is provided. The energy transfer to the rotor is thus independent of the activation of the energy consumer in terms of time and space. For example, a number of process stations can be provided along the guide track, at which an actuator and/or sensor of the runner is located be activated in different ways in order to carry out, in a predetermined order, certain steps associated, for example, with a manufacturing process. The temporal and spatial decoupling of the energy transmission from the activation of the energy consumer also enables a flexible arrangement of one or more stationary transmission devices along the guideway, for example between the respective process stations.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Läufer ausgebildet, um drahtlos Informationen zu senden und zu empfangen. Diese Informationen betreffen insbesondere die Steuerung des Energieverbrauchers und/oder einen Ladezustand der Energiespeichereinrichtung. Der Läufer kann somit mit der Steuerungseinrichtung des Linearmotorsystems signaltechnisch gekoppelt sein, so dass die Bewegung des Läufers mit dessen interner Steuerung abgestimmt werden kann, d.h. beispielsweise mit der Aktivierung des Energieverbrauchers und dem Erfassen des Ladezustands der Energiespeichereinrichtung.According to a further embodiment, the runner is designed to send and receive information wirelessly. This information relates in particular to the control of the energy consumer and/or a state of charge of the energy storage device. The runner can thus be signal-coupled to the control device of the linear motor system, so that the movement of the runner can be coordinated with its internal control, i.e. for example with the activation of the energy consumer and the detection of the state of charge of the energy storage device.

Die Empfangseinrichtung des Läufers und die Übertragungseinrichtung der Führungsbahn können dabei zusätzlich zum Senden und Empfangen der Informationen ausgebildet sein. Somit können die Empfangseinrichtung und die Übertragungseinrichtung eine doppelte Funktionalität aufweisen, und zwar zur Energieübertragung und zur Kommunikation zwischen dem Läufer und beispielsweise der Steuerungseinrichtung des Linearmotorsystems. Für die Kommunikation sind bei dieser Ausführungsform folglich keine weiteren Einrichtungen erforderlich, wobei die Kommunikation zwischen der Empfangseinrichtung des Läufers und der Übertragungseinrichtung der Führungsbahn auf den Bereich der stationären Position der Übertragungseinrichtung begrenzt sein kann.The receiving device of the runner and the transmission device of the guide track can also be designed to send and receive the information. The receiving device and the transmission device can thus have a double functionality, specifically for energy transmission and for communication between the runner and, for example, the control device of the linear motor system. Consequently, no further devices are required for the communication in this embodiment, wherein the communication between the receiving device of the runner and the transmission device of the guideway can be limited to the range of the stationary position of the transmission device.

Alternativ kann der Läufer eine separate Kommunikationseinrichtung aufweisen, die mit der Steuerungseinrichtung des Linearmotorsystems in direktem Drahtloskontakt steht. Dabei kann eine bekannte, kostengünstige Drahtlostechnologie verwendet werden, beispielsweise Bluetooth, WiFi usw. Die Kommunikation zwischen dem Läufer und beispielsweise der Steuerungseinrichtung des Linearmotorsystems ist bei dieser Alternative nicht auf einen bestimmten Raumbereich begrenzt, sondern kann entlang der gesamten Führungsbahn des Linearmotorsystems erfolgen.Alternatively, the runner can have a separate communication device that is in direct wireless contact with the control device of the linear motor system. A well-known, inexpensive wireless technology can be used be used, for example Bluetooth, WiFi, etc. The communication between the runner and, for example, the control device of the linear motor system is not limited to a specific spatial area in this alternative, but can take place along the entire guideway of the linear motor system.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Läufer ausgebildet sein (oder von den Elektromagneten der Führungsbahn entsprechend angesteuert bzw. bewegt werden), um für eine jeweilige vorbestimmte Zeitdauer i) zur Energieübertragung an der Position der Übertragungseinrichtung und/oder ii) an einer vorbestimmten Aktivierungsposition des Energieverbrauchers anzuhalten. Alternativ kann der Läufer jedoch auch während der Energieübertragung und/oder während einer Aktivierung des Energieverbrauchers in Bewegung sein. Während der Energieübertragung ist die Geschwindigkeit des Läufers dabei jedoch vorzugsweise gering (d.h. unterhalb einer Schwellengeschwindigkeit, welche unterhalb einer üblichen Bewegungsgeschwindigkeit des Läufers liegt), so dass der Läufer die Übertragungseinrichtung zur Energieübertragung sehr langsam durchfährt.According to a further embodiment, the runner can be designed (or be actuated or moved accordingly by the electromagnets of the guide track) in order for a respective predetermined period of time i) to transmit energy at the position of the transmission device and/or ii) at a predetermined activation position of the energy consumer to stop Alternatively, however, the runner can also be in motion during the energy transfer and/or during an activation of the energy consumer. During the energy transfer, however, the speed of the runner is preferably low (i.e. below a threshold speed which is below a normal movement speed of the runner), so that the runner travels very slowly through the transmission device for energy transmission.

Wenn der Läufer zur Energieübertragung anhält, kann die vorbestimmte Zeitdauer variabel von dem Ladezustand der Energiespeichereinrichtung abhängen, wenn der Ladezustand der Energiespeichereinrichtung erfasst wird. Mittels der jeweiligen vorbestimmten Zeitdauern für das jeweilige Anhalten des Läufers bzw. mittels der Geschwindigkeit bei der Energieübertragung bzw. der Aktivierung des Energieverbrauchers, wenn der Läufer währenddessen in Bewegung bleibt, können somit die Energieübertragung auf den Läufer und die Aktivierung des Energieverbrauchers miteinander abgestimmt werden.When the mover stops for power transmission, the predetermined period of time may variably depend on the state of charge of the power storage device when the state of charge of the power storage device is detected. The energy transfer to the runner and the activation of the energy consumer can thus be coordinated with one another by means of the respective predetermined time durations for the respective stopping of the runner or by means of the speed during the energy transmission or the activation of the energy consumer if the runner remains in motion during this time.

Weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben eines Linearmotorsystems, wie es beispielsweise vorstehend beschrieben ist. Das Linearmotorsystem weist neben einem Läufer eine Führungsbahn mit einer Vielzahl von entlang der Führungsbahn verteilt angeordneten Elektromagneten auf, die mit einem Antriebsmagneten des Läufers zusammenwirken, um den Läufer entlang der Führungsbahn zu bewegen. Der Läufer ist mit einem Energieverbraucher und einer Energiespeichereinrichtung zur Energieversorgung des Energieverbrauchers ausgestattet. Entlang der Führungsbahn sind ferner mindestens eine Prozessstation, an welcher der Energieverbraucher des Läufers aktiviert wird, und mindestens eine Übertragungseinrichtung zur Übertragung von Energie auf den Läufer vorgesehen.Another object of the invention is a method for operating a linear motor system, as described above, for example. In addition to a runner, the linear motor system has a guideway with a large number of electromagnets distributed along the guideway, which interact with a drive magnet of the runner in order to move the runner along the guideway. The rotor is equipped with an energy consumer and an energy storage device for supplying energy to the energy consumer. At least one process station, at which the energy consumer of the runner is activated, and at least one transmission device for transmitting energy to the runner are also provided along the guideway.

Das Verfahren umfasst eine Kalibrierungsphase und eine Betriebsphase des Linearmotorsystems. Während der Kalibrierungsphase wird eine Energiemenge ermittelt, die für eine Aktivierung des Energieverbrauchers an der Prozessstation erforderlich ist. In der Betriebsphase hingegen wird die während der Kalibrierungsphase ermittelte Energiemenge mittels der Übertragungseinrichtung auf den Läufer übertragen, bevor der Energieverbraucher des Läufers an der Prozessstation aktiviert wird.The method includes a calibration phase and an operating phase of the linear motor system. During the calibration phase, an amount of energy is determined that is required to activate the energy consumer at the process station. In the operating phase, on the other hand, the amount of energy determined during the calibration phase is transferred to the runner by means of the transmission device before the energy consumer of the runner is activated at the process station.

Somit dient das Verfahren insgesamt zur Übertragung von Energie auf den Läufer. Die Übertragung der Energie auf den Läufer mittels der Übertragungseinrichtung wird bezüglich der erforderlichen Energiemenge mit der Aktivierung des Energieverbrauchers an der Prozessstation abgestimmt. Dabei kann die erforderliche Energiemenge, die während der Kalibrierungsphase ermittelt wird, größer sein als die tatsächlich vom Energieverbraucher während dessen Aktivierung verbrauchte Energiemenge, um die Aktivierung des Energieverbrauchers abzusichern. Mit anderen Worten umfasst die erforderliche Energiemenge eine Sicherheitsreserve.The method as a whole thus serves to transfer energy to the rotor. The transmission of energy to the runner by means of the transmission device is coordinated with the activation of the energy consumer at the process station with regard to the required amount of energy. The amount of energy required, which is determined during the calibration phase, can be greater than the amount of energy actually consumed by the energy consumer during its activation, in order to secure the activation of the energy consumer. In other words, the required amount of energy includes a safety reserve.

Aufgrund der Abstimmung der Energieübertragung mit der Aktivierung des Energieverbrauchers lässt sich der Prozessablauf entlang der Führungsbahn optimieren, da einerseits eine ausreichende Energiemenge für die Aktivierung des Energieverbrauchers an der Prozessstation bereitgestellt wird und andererseits keine unnötig große Energiemenge übertragen wird, die entsprechend eine unnötig lange Zeitdauer zur Energieübertragung benötigen würde.Due to the coordination of the energy transfer with the activation of the energy consumer, the process flow along the guide track can be optimized, since on the one hand a sufficient amount of energy for the activation of the energy consumer is provided at the process station and on the other hand none unnecessarily large amount of energy is transmitted, which would accordingly require an unnecessarily long period of time for energy transmission.

Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens ist die Energiespeichereinrichtung des Läufers zur Speicherung von elektrischer Ladung ausgebildet, und gemäß dem Verfahren wird zunächst ein erster Ladezustand der Energiespeichereinrichtung ermittelt, bevor der Energieverbraucher des Läufers an der Prozessstation aktiviert wird. Nach der Aktivierung des Energieverbrauchers an der Prozessstation wird ferner ein zweiter Ladezustand der Energiespeichereinrichtung ermittelt, und die Energiemenge, die zur Aktivierung des Verbrauchers erforderlich ist, wird anschließend anhand einer Differenz des ersten Ladezustands und des zweiten Ladezustands der Energiespeichereinrichtung ermittelt.According to one embodiment of the method, the energy storage device of the runner is designed to store electrical charge, and according to the method a first state of charge of the energy storage device is first determined before the energy consumer of the runner is activated at the process station. After activation of the energy consumer at the process station, a second state of charge of the energy storage device is also determined, and the amount of energy required to activate the consumer is then determined based on a difference between the first state of charge and the second state of charge of the energy storage device.

Wenn die Energiespeichereinrichtung beispielsweise mittels Kondensatoren gebildet ist, kann der Ladezustand durch eine einfache Spannungsmessung ermittelt werden. Die vorliegende Ausführungsform mit Ermittlung zweier Ladezustände gestattet somit eine einfache und kostengünstige Ausführung des Verfahrens.If the energy storage device is formed by means of capacitors, for example, the state of charge can be determined by a simple voltage measurement. The present embodiment with determination of two states of charge thus allows the method to be carried out in a simple and cost-effective manner.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens kann zusätzlich in der Betriebsphase des Linearmotorsystems ein dritter Ladezustand der Energiespeichereinrichtung ermittelt werden, bevor der Energieverbraucher an der Prozessstation aktiviert wird, und ein vierter Ladezustand der Energiespeicherung nach der Aktivierung des Energieverbrauchers an der Prozessstation ermittelt werden. Anhand einer Differenz des dritten und vierten Ladezustands kann ferner eine Korrektur-Energiemenge zur Aktivierung des Energieverbrauchers ermittelt werden, und zwischen dieser Korrektur-Energiemenge und der in der Kalibrierungsphase ermittelten Energiemenge kann eine Abweichung ermittelt werden. Wenn die Abweichung einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, kann die in der Kalibrierungsphase ermittelte Energiemenge mit der Korrektur-Energiemenge aktualisiert werden.According to a further embodiment of the method, a third state of charge of the energy storage device can also be determined in the operating phase of the linear motor system before the energy consumer is activated at the process station, and a fourth state of charge of the energy storage can be determined after activation of the energy consumer at the process station. A correction amount of energy for activating the energy consumer can also be determined on the basis of a difference between the third and fourth state of charge, and a deviation can be determined between this correction amount of energy and the amount of energy determined in the calibration phase. If the deviation exceeds a predetermined threshold value, the amount of energy determined in the calibration phase can be updated with the amount of correction energy.

Während der Betriebsphase des Linearmotorsystems kann somit eine Aktualisierung der erforderlichen Energiemenge zur Aktivierung des Energieverbrauchers anhand der Differenz zweier Ladezustände vor und nach der Aktivierung erfolgen. Ferner kann die erforderliche Energiemenge, die während der Kalibrierungsphase ermittelt wird, während der Betriebsphase überprüft werden. Außerdem gestatten die zusätzlichen Verfahrensschritte während der Betriebsphase eine Anpassung des Linearmotorsystems an eine Änderung von Parametern des Energieverbrauchers und/oder an eine Änderung eines Produkts oder Erzeugnisses, auf das der Energieverbraucher einwirken soll und das mittels des Linearmotorsystems transportiert wird.During the operating phase of the linear motor system, the amount of energy required to activate the energy consumer can thus be updated using the difference between two states of charge before and after activation. Furthermore, the amount of energy required, which is determined during the calibration phase, can be checked during the operating phase. In addition, the additional method steps during the operating phase allow the linear motor system to be adapted to a change in parameters of the energy consumer and/or to a change in a product or product that the energy consumer is intended to affect and that is transported by means of the linear motor system.

Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft anhand einer vorteilhaften Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben. Es zeigen, jeweils schematisch:

Fig. 1
ein als Transportsystem ausgebildetes Linearmotorsystem,
Fig. 2
einen Kurvenabschnitt des Linearmotorsystems von Fig. 1,
Fig. 3
eine perspektivische Schnittansicht des Linearmotorsystems von Fig. 1 mit Schnittebene senkrecht zur Führungsbahn,
Fig. 4
eine Darstellung eines Linearmotorsystems mit Übertragungseinrichtung und Empfangseinrichtung und
Fig. 5
eine Detailansicht einer Einrichtung zur Übertragung von Energie auf einen Läufer des Linearmotorsystems von Fig. 4.
The invention is described below by way of example using an advantageous embodiment with reference to the attached figures. They show, each schematically:
1
a linear motor system designed as a transport system,
2
a curve portion of the linear motor system of 1 ,
3
FIG. 12 is a cut-away perspective view of the linear motor system of FIG 1 with cutting plane perpendicular to the guideway,
4
a representation of a linear motor system with transmission device and receiving device and
figure 5
a detailed view of a device for transmitting energy to a rotor of the linear motor system of 4 .

Ein Linearmotorsystem 11, das als Multi-Carrier-System ausgebildet ist, ist in Fig. 1 dargestellt. Das Linearmotorsystem 11 umfasst mehrere Linearmotoren 13, die aneinandergereiht angeordnet sind, so dass eine durchgehende und in diesem Fall umlaufende Bewegung der Läufer 15 entlang einer Führungsbahn 17 ermöglicht ist. Ferner umfasst das Transportsystem 11 mehrere Läufer 15, die einzelne Transportelemente des Transportsystems 11 bilden und die mittels der Linearmotoren 13 entlang der Führungsbahn 17 unabhängig voneinander bewegt werden können.A linear motor system 11, which is designed as a multi-carrier system, is in 1 shown. The linear motor system 11 comprises a plurality of linear motors 13 which are arranged in a row so that a continuous and, in this case, revolving movement of the runners 15 along a guide track 17 is made possible. Furthermore, the transport system 11 comprises a plurality of runners 15 which form individual transport elements of the transport system 11 and which can be moved independently of one another along the guide track 17 by means of the linear motors 13 .

Fig. 2 zeigt einen Kurvenabschnitt des Linearmotorsystems 11 in vergrößerter Ansicht. Hier ist lediglich ein Läufer 15 dargestellt, der mittels der Linearmotoren 13 entlang der Führungsbahn 17 bewegbar ist. Auf der dem Läufer 15 abgewandten Seite der Führungsbahn 17, d.h. innerhalb des Kurvenabschnitts, sind verschiedene elektronische Einrichtungen zur Ansteuerung der Linearmotoren 13 sichtbar. 2 shows a curved section of the linear motor system 11 in an enlarged view. Only one runner 15 is shown here, which can be moved along the guide track 17 by means of the linear motors 13 . Various electronic devices for controlling the linear motors 13 are visible on the side of the guideway 17 facing away from the runner 15, ie inside the curved section.

In Fig. 3 ist das Linearmotorsystem 11 in einer Schnittansicht und vergrößert dargestellt. Es ist ein Läufer 15 sichtbar, der an der Führungsbahn 17 beweglich geführt ist. Dabei ist der Läufer 15 entlang einer Führungsachse 19 oder Bewegungsachse bewegbar. Zu einer Bewegung entlang der Führungsachse 19 wird der Läufer 15 durch eine Vielzahl von Elektromagneten 21 angesteuert, die an der Führungsbahn 17 angeordnet und entlang dieser gleichmäßig verteilt sind. Die Elektromagnete 21 wirken dabei mit einem am Läufer 15 angeordneten Permanentmagneten 23, der auch als Antriebsmagnet bezeichnet werden kann, zum Antrieb des Läufers zusammen.In 3 the linear motor system 11 is shown in a sectional view and enlarged. A runner 15 that is movably guided on the guideway 17 is visible. The runner 15 can be moved along a guide axis 19 or movement axis. To move along the guide axis 19, the runner 15 is controlled by a large number of electromagnets 21, which are arranged on the guideway 17 and are evenly distributed along it. The electromagnets 21 interact with a permanent magnet 23 arranged on the rotor 15, which can also be referred to as a drive magnet, to drive the rotor.

Der Läufer 15 ist an der Führungsbahn 17 mechanisch geführt, und zwar durch eine Rollenführung. Diese umfasst Führungsrollen 25 am Läufer 15 und Führungsschienen 27 an der Führungsbahn 17. Der Läufer 15 wird dabei insbesondere über den Permanentmagneten 23 an der Führungsbahn 17 gehalten.The runner 15 is mechanically guided on the guide track 17, specifically by a roller guide. This comprises guide rollers 25 on the runner 15 and guide rails 27 on the guide track 17. The runner 15 is held on the guide track 17 in particular by the permanent magnet 23.

Das Linearmotorsystem 11 umfasst außerdem eine Positionserfassungseinrichtung 29. Diese kann beispielsweise als Reihe von einer Vielzahl von Magnetsensoren ausgebildet sein, die sich entlang der Führungsbahn 17 erstreckt. Am Läufer 15 kann zum Beispiel ein Permanentmagnet 31 vorgesehen sein, der auch als Positionsmagnet bezeichnet werden kann und in Fig. 2 sichtbar ist.The linear motor system 11 also includes a position detection device 29. This can be designed, for example, as a row of a large number of magnetic sensors, which extends along the guide track 17. A permanent magnet 31, for example, can be provided on the rotor 15, which can also be referred to as a position magnet and 2 is visible.

Das Linearmotorsystem 11 umfasst außerdem eine Kommunikationsschnittstelle 50 (siehe Fig. 5), die mit einer Steuerungseinrichtung 51 gekoppelt ist, von welcher ein Element in Fig. 5 dargestellt ist und welche dazu eingerichtet ist, die Elektromagneten 21 gezielt anzusteuern, um den Läufer 15 entlang der Führungsbahn 17 bzw. der Führungsachse 19 zu bewegen. Die Positionserfassungseinrichtung 29 führt dabei eine Positionsinformation betreffend die Position des Läufers 15 in Bezug auf die Führungsachse 19 zurück zur Steuerungseinrichtung 51. Die Steuerungseinrichtung 51 regelt die Bewegung des Läufers 15 auf Basis der Positionsinformation.The linear motor system 11 also includes a communication interface 50 (see FIG figure 5 ), which is coupled to a control device 51, of which an element in figure 5 is shown and which is set up to control the electromagnets 21 in a targeted manner in order to move the rotor 15 along the guideway 17 or the guide axis 19 . The position detection device 29 returns position information relating to the position of the runner 15 in relation to the guide axis 19 to the control device 51. The control device 51 regulates the movement of the runner 15 on the basis of the position information.

Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Linearmotorsystems 11, das ebenso wie das Linearmotorsystems 11 von Fig. 1 bis 3 als Multi-Carrier-System ausgebildet ist und sämtliche Elemente umfasst, die in Fig. 1 bis 3 dargestellt und vorstehend beschrieben sind. Das Linearmotorsystem 11 weist somit eine Vielzahl von Läufern 15 auf, die sich entlang der geschlossenen Führungsbahn 17 im Uhrzeigersinn bewegen, wie dies durch die Pfeile angedeutet ist. 4 shows a schematic representation of a linear motor system 11 according to the invention, which, like the linear motor system 11 of FIG Figures 1 to 3 is designed as a multi-carrier system and includes all elements that are Figures 1 to 3 shown and described above. The linear motor system 11 thus has a large number of runners 15 which move clockwise along the closed guideway 17, as indicated by the arrows.

Entlang der Führungsbahn 17 sind insgesamt vier Prozessstationen 33 (vgl. Fig. 4) angeordnet, die nacheinander von den Läufern 15 durchlaufen werden und mit P1, P2, P3 und P4 bezeichnet sind. Bei der ersten Prozessstation 33 bzw. P1 wird dem Läufer 15 Material zum Herstellen eines Behälters zugeführt, und der Behälter wird anschließend mittels eines Aktors 41 (vgl. Fig. 5) des Läufers 15 hergestellt, beispielsweise durch Falten einer Kartonage. Bei der zweiten Prozessstation 33 bzw. P2 wird der Behälter mit einem Produkt oder Erzeugnis gefüllt, während der Behälter bei der dritten Prozessstation 33 bzw. P3 geschlossen wird und bei der vierten Prozessstation 33 bzw. P4 das Linearmotorsystem 11 verlässt.A total of four process stations 33 (cf. 4 ) arranged, which are successively traversed by the runners 15 and are denoted by P1, P2, P3 and P4. At the first process station 33 or P1, material for producing a container is fed to the runner 15, and the container is then moved by means of an actuator 41 (cf. figure 5 ) of the runner 15 is produced, for example by folding a cardboard box. At the second process station 33 or P2, the container is filled with a product or product, while the container is closed at the third process station 33 or P3 and leaves the linear motor system 11 at the fourth process station 33 or P4.

Zwischen den Prozessstationen 33 sind insgesamt drei Übertragungseinrichtungen 35 entlang der Führungsbahn 17 angeordnet, die zur Übertragung von Energie auf den Läufer 15 vorgesehen sind. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel befindet sich jeweils eine Übertragungseinrichtung 35 zwischen der ersten und zweiten Prozessstation 33 bzw. zwischen P1 und P2, zwischen der dritten und vierten Prozessstation 33 bzw. zwischen P3 und P4 sowie zwischen der vierten und ersten Prozessstation 33 bzw. zwischen P4 und P1. Zur Energieübertragung auf den Läufer umfassen die Übertragungseinrichtungen 35 jeweils mindestens eine Spule 37, um eine induktive Kopplung zwischen der Übertragungseinrichtung 35 und dem Läufer 15 herzustellen, wie nachstehend näher erläutert ist.A total of three transmission devices 35 are arranged between the process stations 33 along the guide track 17 and are provided for the transmission of energy to the runner 15 . In the present exemplary embodiment there is a transmission device 35 between the first and second process station 33 or between P1 and P2, between the third and fourth process station 33 or between P3 and P4 and between the fourth and first process station 33 or between P4 and P1 . For the transmission of energy to the runner, the transmission devices 35 each comprise at least one coil 37 in order to produce an inductive coupling between the transmission device 35 and the runner 15, as explained in more detail below.

Es versteht sich, dass mit einem solchen Linearmotorsystem 11 nahezu beliebige Konstellationen von Segmenten aus Linearmotoren 13, Läufern 15, Prozessstationen 33 und Übertragungseinrichtungen 35 realisierbar sind.It goes without saying that with such a linear motor system 11 almost any constellation of segments made up of linear motors 13, runners 15, process stations 33 and transmission devices 35 can be implemented.

Fig. 5 zeigt eine Detailansicht eines Ausschnitts des Linearmotorsystems 11 von Fig. 4, bei dem sich ein Läufer 15 in unmittelbarer Nähe einer der Übertragungseinrichtungen 35 befindet. Die Übertragungseinrichtung 35 weist die Spule 37 auf, die bereits in Fig. 4 gezeigt ist und letztlich zur Übertragung von Energie auf den Läufer 15 dient. Die Übertragungseinrichtung 35 weist ferner eine Leistungs- bzw. Stromquelle 38 auf, die mit einem Oszillator 39 in Verbindung steht, der wiederum die Spule 37 mit einer Wechselspannung versorgt. Ferner ist in Fig. 5 ein Element der Steuerungseinrichtung 51 gezeigt, die generell zur Steuerung der Bewegung des Läufers 15 entlang der Führungsbahn 17 vorgesehen ist und deren hier gezeigtes Element die Übertragung von Energie auf den Läufer 15 mittels der Spule 37 steuert. figure 5 shows a detailed view of a section of the linear motor system 11 from FIG 4 , in which a rotor 15 is located in the immediate vicinity of one of the transmission devices 35. The transmission device 35 has the coil 37, which is already shown in 4 is shown and ultimately serves to transfer energy to the rotor 15. The transmission device 35 also has a power or current source 38 which is connected to an oscillator 39 which in turn supplies the coil 37 with an alternating voltage. Furthermore, in figure 5 an element of the control device 51 shown, which is generally provided for controlling the movement of the runner 15 along the guideway 17 and that shown here Element controls the transmission of energy to the rotor 15 by means of the coil 37.

Der Läufer 15 weist ebenso wie die Übertragungseinrichtung 35 eine Spule 40 auf, die zu einer Empfangseinrichtung 36 des Läufers 15 gehört. Mittels der Empfangseinrichtung 36 ist der Läufer 15 in der Lage, über die Spule 40 Energie von der Übertragungseinrichtung 35 aufzunehmen. Die Spule 40 steht zu diesem Zweck mit der Spule 37 der Übertragungseinrichtung 35 in Resonanzkopplung, bei welcher die beiden Spulen 37, 40 auf die gleiche Frequenz abgestimmt sind. In der Praxis lässt sich ein hoher Kopplungsfaktor von etwa 0,5 bis 0,8, z.B. 0,54 bei einem Abstand von 3 bis 6 mm zwischen den Spulen 37, 40 erreichen. Die Energie, die durch die Spule 40 des Läufers 15 aufgenommen wird, dient letztlich zur Versorgung eines Energieverbrauchers 41, der im vorliegenden Beispiel als Aktor ausgebildet ist. Der Aktor 41 wirkt im Betrieb des Linearmotorsystems 11 an den Prozessstationen 33 (vgl. Fig. 4) auf einen oder mehrere Gegenstände ein, die mittels des Läufers 15 entlang der Führungsbahn 17 des Linearmotorsystems 11 transportiert werden.Like the transmission device 35 , the runner 15 has a coil 40 which belongs to a receiving device 36 of the runner 15 . By means of the receiving device 36, the rotor 15 is able to receive energy from the transmission device 35 via the coil 40. For this purpose, the coil 40 is in resonance coupling with the coil 37 of the transmission device 35, in which the two coils 37, 40 are tuned to the same frequency. In practice, a high coupling factor of about 0.5 to 0.8, for example 0.54, can be achieved with a distance between the coils 37, 40 of 3 to 6 mm. The energy that is absorbed by the coil 40 of the rotor 15 is ultimately used to supply an energy consumer 41, which is designed as an actuator in the present example. The actuator 41 acts on the process stations 33 during operation of the linear motor system 11 (cf. 4 ) on one or more objects that are transported by means of the runner 15 along the guide track 17 of the linear motor system 11.

Die Energie, die durch die Spule 40 aufgenommen wird und von dem Aktor 41 an den Prozessstationen 33 (vgl. Fig. 4) verbraucht werden soll, wird im Läufer 15 in einer Energiespeichereinrichtung 43 gespeichert. Die Energiespeichereinrichtung 43 umfasst Doppelschicht-Kondensatoren wie beispielsweise Supercaps oder Ultracaps, die eine hohe Energiedichte aufweisen und mittels der Spule 40 geladen werden, wenn sich der Läufer 15 in der Nähe der Übertragungseinrichtung 35 befindet.The energy that is absorbed by the coil 40 and by the actuator 41 at the process stations 33 (cf. 4 ) is to be consumed is stored in an energy storage device 43 in the rotor 15 . The energy storage device 43 includes double-layer capacitors such as supercaps or ultracaps, which have a high energy density and are charged by means of the coil 40 when the rotor 15 is in the vicinity of the transmission device 35 .

Der Läufer 15 weist ferner eine elektronische Einrichtung 45 in der Form eines Prozessors auf, der einerseits zur Steuerung des Aktors 41 dient. Darüber hinaus steht der Prozessor 45 mit einer Einrichtung 47 zum Erfassen des Ladezustands der Energiespeichereinrichtung 43 in Verbindung.The rotor 15 also has an electronic device 45 in the form of a processor, which serves to control the actuator 41 on the one hand. In addition, the processor 45 is connected to a device 47 for detecting the state of charge of the energy storage device 43 .

Zusätzlich weist der Läufer 15 eine Kommunikationseinrichtung 49 auf, mit welcher der Läufer 15 beispielsweise mittels Bluetooth, WiFi usw. mit der Steuerungseinrichtung 51 des Linearmotorsystems 11 in einer Kommunikationsverbindung steht. Über diese Kommunikationsverbindung ist es möglich, den Aktor 41 mittels der Steuerungseinrichtung des Linearmotorsystems 11 an einer beliebigen Position des Läufers 15 entlang der Führungsbahn 17 anzusteuern. Darüber hinaus kann zusätzlich die induktive Kopplung zwischen den beiden Spulen 37, 40 zur Übertragung von Informationen genutzt werden, beispielsweise zur Übertragung des Ladezustands der Energiespeichereinrichtung 43, während diese an der Übertragungseinrichtung 35 aufgeladen wird.In addition, the runner 15 has a communication device 49, with which the runner 15 is in a communication connection with the control device 51 of the linear motor system 11, for example by means of Bluetooth, WiFi, etc. It is possible via this communication connection to control the actuator 41 at any position of the runner 15 along the guide track 17 by means of the control device of the linear motor system 11 . In addition, the inductive coupling between the two coils 37, 40 can also be used to transmit information, for example to transmit the state of charge of the energy storage device 43 while it is being charged at the transmission device 35.

Während des Betriebs des Linearmotorsystems 11 kann ein jeweiliger Läufer 15 jeweils für eine vorbestimmte Zeitdauer an einer der Übertragungsstationen 35 anhalten (vgl. Fig. 4), bis die Energiespeichereinrichtung 43 dieses Läufers 15 einen vorbestimmten Ladezustand erreicht hat. Alternativ ist es jedoch auch möglich, dass ein jeweiliger Läufer 15 den Bereich der jeweiligen Übertragungsstation 35 mit einer geringen Geschwindigkeit durchläuft, während die Energiespeichereinrichtung 43 aufgeladen wird. In diesem Fall ist es zweckmäßig, dass die Spule 37 der Übertragungseinrichtung 35 länglich entlang der Führungsbahn 17 ausgebildet ist oder aus mehreren, sich überlagernden Spulen besteht.During the operation of the linear motor system 11, a respective runner 15 can stop at one of the transmission stations 35 for a predetermined period of time (cf. 4 ) until the energy storage device 43 of this rotor 15 has reached a predetermined state of charge. Alternatively, however, it is also possible for a respective runner 15 to run through the area of the respective transmission station 35 at a low speed while the energy storage device 43 is being charged. In this case, it is expedient for the coil 37 of the transmission device 35 to be elongate along the guide track 17 or for it to consist of a plurality of coils superimposed on one another.

Um die Energiemenge zu ermitteln, die ein jeweiliger Aktor 41 eines Läufers 15 an einer jeweiligen Prozessstation 33 benötigt (vgl. Fig. 4), ist eine Kalibrierungsphase des Linearmotorsystems 11 vor dessen eigentlicher Betriebsphase vorgesehen. Während der Kalibrierungsphase wird zunächst ein erster Ladezustand der Energiespeichereinrichtung 43 eines der Läufer 15 erfasst, bevor der Läufer 15 die jeweilige Prozessstation 33 bzw. P1, P2, P3 oder P4 erreicht. Nach der Aktivierung des Aktors 41 an der jeweiligen Prozessstation 33 wird ein zweiter Ladezustand der Energiespeichereinrichtung 43 erfasst. Anhand der Differenz des ersten und zweiten Ladezustands wird die Energiemenge ermittelt, die zur Aktivierung bzw. Betätigung des Aktors 41 an der jeweiligen Prozessstation 33 erforderlich ist. In der anschließenden Betriebsphase des Linearmotorsystems 11 wird die Energiespeichereinrichtung 43 des Läufers 15 an einer der Übertragungseinrichtungen 35 vor der jeweiligen Prozessstation 33 mit einer Ladung aufgeladen, die der Energiemenge entspricht, die zuvor während der Kalibrierungsphase für diese Prozessstation 33 ermittelt wurde.In order to determine the amount of energy that a respective actuator 41 of a rotor 15 requires at a respective process station 33 (cf. 4 ), a calibration phase of the linear motor system 11 is provided before its actual operating phase. During the calibration phase, first a first state of charge of the energy storage device 43 of one of the runners 15 is detected before the runner 15 reaches the respective process station 33 or P1, P2, P3 or P4. After the activation of the actuator 41 at the respective process station 33, a second state of charge of the energy storage device 43 is detected. Based on the difference of the first and second state of charge, the amount of energy required to activate or actuate the actuator 41 at the respective process station 33 is determined. In the subsequent operating phase of the linear motor system 11, the energy storage device 43 of the runner 15 is charged at one of the transmission devices 35 in front of the respective process station 33 with a charge that corresponds to the amount of energy that was previously determined for this process station 33 during the calibration phase.

Darüber hinaus kann die Energiemenge, die für die jeweilige Prozessstation 33 während der Kalibrierungsphase ermittelt wird, während der Betriebsphase des Linearmotorsystems 11 überprüft bzw. angepasst werden. Zu diesem Zweck wird wiederum ein Paar von Ladezuständen der Energiespeichereinrichtung 43 des jeweiligen Läufers 15 ermittelt, und zwar wiederum jeweils vor und nach der Aktivierung bzw. Betätigung des Aktors 41 an der jeweiligen Prozessstation 33. Die Differenz dieser beiden Ladezustände wird mit der Differenz der entsprechenden Ladezustände aus der Kalibrierungsphase verglichen, um gegebenenfalls die Energiemenge anzupassen, welche die Energiespeichereinrichtung 43 des Läufers 15 an den jeweiligen Übertragungseinrichtungen 35 aufnehmen soll. Dadurch ist es möglich, die für die Betätigung des Aktors 41 erforderliche Energiemenge und die entsprechende aufzunehmende Ladung anzupassen, wenn die Betätigung des Aktors 41 an einer jeweiligen Prozessstation 33 verändert wird oder die Art der Produkte oder Erzeugnisse verändert wird, die mittels des Linearmotorsystems 11 transportiert werden und auf welche der Aktor 41 einwirken soll.In addition, the amount of energy that is determined for the respective process station 33 during the calibration phase can be checked or adjusted during the operating phase of the linear motor system 11 . For this purpose, a pair of charge states of the energy storage device 43 of the respective rotor 15 is determined, again before and after the activation or actuation of the actuator 41 at the respective process station 33. The difference between these two charge states is compared with the difference between the corresponding Charge states from the calibration phase are compared in order to adjust the amount of energy that the energy storage device 43 of the rotor 15 is to absorb at the respective transmission devices 35, if necessary. This makes it possible to adapt the amount of energy required to actuate the actuator 41 and the corresponding charge to be received if the actuation of the actuator 41 is changed at a respective process station 33 or the type of products or articles transported by means of the linear motor system 11 is changed are and on which the actuator 41 is to act.

BezugszeichenlisteReference List

1111
Linearmotorsystemlinear motor system
1313
Linearmotorlinear motor
1515
Läuferrunner
1717
Führungsbahnguideway
1919
Führungsachseguide axis
2121
Elektromagnetenelectromagnet
2323
Antriebsmagnetdrive magnet
2525
Führungsrollenguide rollers
2727
Führungsbahnguideway
2929
Positionserfassungseinrichtungposition detection device
3131
Positionsmagnetposition magnet
3333
Prozessstationprocess station
3535
Übertragungseinrichtungtransmission facility
3636
Empfangseinrichtungreceiving device
3737
Spule der Übertragungseinrichtungcoil of the transmission device
3838
Leistungsquellepower source
3939
Oszillatoroscillator
4040
Spule des Läufersrotor coil
4141
Energieverbraucher, Aktor und/oder SensorEnergy consumer, actuator and/or sensor
4343
Energiespeichereinrichtungenergy storage device
4545
Elektronische Einrichtung, ProzessorElectronic device, processor
4747
Einrichtung zum Erfassen des LadezustandsDevice for detecting the state of charge
4949
Kommunikationseinrichtungcommunication facility
5050
Kommunikationsschnittstellecommunication interface
5151
Steuerungseinrichtungcontrol device

Claims (15)

Linearmotorsystem (11), insbesondere Transportsystem, beispielsweise Multi-Carrier-System, umfassend: eine Führungsbahn (17) mit einer Vielzahl von entlang der Führungsbahn (17) verteilt angeordneten Elektromagneten (21), wenigstens einen Läufer (15), der von der Führungsbahn (17) geführt und entlang dieser bewegbar ist und einen Antriebsmagneten (23) zum Zusammenwirken mit den Elektromagneten (21) der Führungsbahn (17) zum Bewegen des Läufers (15) umfasst; und eine Steuerungseinrichtung (51) zur Steuerung der Bewegung des Läufers (15) relativ zur Führungsbahn (17) durch entsprechende Ansteuerung der Elektromagneten (21), wobei der Läufer (15) einen Energieverbraucher (41) aufweist, die Führungsbahn (17) mindestens eine stationäre Übertragungseinrichtung (35) aufweist, die zum Bereitstellen von Energie vorgesehen ist und sich an einer vorbestimmten Position befindet, der Läufer (15) eine Empfangseinrichtung (36) aufweist, die ausgebildet ist, um Energie von der Übertragungseinrichtung (35) der Führungsbahn (17) zu empfangen, und der Läufer (15) eine Energiespeichereinrichtung (43) aufweist, die mit der Empfangseinrichtung (36) und mit dem Energieverbraucher (41) verbunden und ausgebildet ist, um den Energieverbraucher (41) während dessen Betrieb mit Energie zu versorgen. Linear motor system (11), in particular transport system, for example multi-carrier system, comprising: a guide track (17) with a large number of electromagnets (21) distributed along the guide track (17), at least one runner (15) guided by and movable along the guideway (17) and comprising a drive magnet (23) for cooperating with the electromagnets (21) of the guideway (17) to move the runner (15); and a control device (51) for controlling the movement of the runner (15) relative to the guideway (17) by appropriately controlling the electromagnets (21), whereby the rotor (15) has an energy consumer (41), the guide track (17) has at least one stationary transmission device (35) which is provided for providing energy and is located at a predetermined position, the runner (15) has a receiving device (36) which is designed to receive energy from the transmission device (35) of the guideway (17), and the rotor (15) has an energy storage device (43) which is connected to the receiving device (36) and to the energy consumer (41) and is designed to supply the energy consumer (41) with energy during its operation. Linearmotorsystem (11) nach Anspruch 1,
wobei die Empfangseinrichtung (36) ausgebildet ist, um die Energie von der Übertragungseinrichtung (35) berührungslos zu empfangen.Linear motor system (11) according to claim 1,
wherein the receiving device (36) is designed to receive the energy from the transmission device (35) without contact. Linearmotorsystem (11) nach Anspruch 1 oder 2,
wobei die Energiespeichereinrichtung (43) des Läufers (15) zur Speicherung von elektrischer Ladung ausgebildet ist.Linear motor system (11) according to claim 1 or 2,
wherein the energy storage device (43) of the rotor (15) is designed to store an electrical charge. Linearmotorsystem (11) nach Anspruch 3,
wobei der Läufer (15) ferner eine elektronische Einrichtung (45) umfasst, die zur Steuerung des Energieverbrauchers (41) und zum Ermitteln eines Ladezustands der Energiespeichereinrichtung (43) vorgesehen ist.Linear motor system (11) according to claim 3,
wherein the runner (15) further comprises an electronic device (45) which is provided for controlling the energy consumer (41) and for determining a state of charge of the energy storage device (43). Linearmotorsystem (11) nach Anspruch 3 oder 4,
wobei die Übertragungseinrichtung (35) der Führungsbahn (17) und die Empfangseinrichtung (36) des Läufers (15) jeweils mindestens eine Spule (37, 40) aufweisen und die mindestens eine Spule (37) der Übertragungseinrichtung (35) mit der mindestens eine Spule (40) der Empfangseinrichtung (36) induktiv gekoppelt ist, wenn sich die Empfangseinrichtung (36) bezogen auf die Übertragungseinrichtung (35) innerhalb eines vorbestimmten Abstands befindet.Linear motor system (11) according to claim 3 or 4,
wherein the transmission device (35) of the guide track (17) and the receiving device (36) of the runner (15) each have at least one coil (37, 40) and the at least one coil (37) of the transmission device (35) with the at least one coil (40) is inductively coupled to the receiving device (36) when the receiving device (36) is within a predetermined distance relative to the transmitting device (35). Linearmotorsystem (11) nach Anspruch 5,
wobei eine induktive Resonanzkopplung, bei der die jeweiligen Spulen (37, 40) auf die gleiche Frequenz abgestimmt sind, zwischen der Übertragungseinrichtung (35) der Führungsbahn (17) und der Empfangseinrichtung (36) des Läufers (15) vorgesehen ist.Linear motor system (11) according to claim 5,
an inductive resonance coupling, in which the respective coils (37, 40) are tuned to the same frequency, being provided between the transmitting device (35) of the guideway (17) and the receiving device (36) of the runner (15). Linearmotorsystem (11) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
wobei die vorbestimmte Position der Übertragungseinrichtung (35) von Positionen entlang der Führungsbahn (17), an welchen eine Aktivierung des Energieverbrauchers (41) vorgesehen ist, verschieden ist.Linear motor system (11) according to any one of the preceding claims,
wherein the predetermined position of the transmission device (35) differs from positions along the guide track (17) at which activation of the energy consumer (41) is provided. Linearmotorsystem (11) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
wobei der Läufer (15) ausgebildet ist, um drahtlos Informationen zu senden und zu empfangen, welche insbesondere die Steuerung des Energieverbrauchers (41) und/oder einen Ladezustand der Energiespeichereinrichtung (43) betreffen.Linear motor system (11) according to any one of the preceding claims,
wherein the rotor (15) is designed to wirelessly send and receive information relating in particular to the control of the energy consumer (41) and/or a state of charge of the energy storage device (43). Linearmotorsystem (11) nach Anspruch 8,
wobei die Empfangseinrichtung (36) des Läufers (15) und die Übertragungseinrichtung (35) der Führungsbahn (17) zusätzlich zum Senden und Empfangen der Informationen ausgebildet sind.Linear motor system (11) according to claim 8,
wherein the receiving device (36) of the runner (15) and the transmission device (35) of the guideway (17) are additionally designed to transmit and receive the information. Linearmotorsystem (11) nach Anspruch 8 oder 9,
wobei der Läufer (15) ferner eine zusätzliche Kommunikationseinrichtung (49) aufweist, die mit der Steuerungseinrichtung (51) des Linearmotorsystems (11) in direktem Drahtloskontakt steht.Linear motor system (11) according to claim 8 or 9,
wherein the runner (15) further comprises an additional communication device (49) which is in direct wireless contact with the control device (51) of the linear motor system (11). Linearmotorsystem (11) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
wobei der Läufer (15) ausgebildet ist, um für eine jeweilige vorbestimmte Zeitdauer zur Energieübertragung an der Position der Übertragungseinrichtung (35) und/oder an einer vorbestimmten Aktivierungsposition des Energieverbrauchers (41) anzuhalten.Linear motor system (11) according to any one of the preceding claims,
wherein the runner (15) is designed to stop for a respective predetermined period of time for energy transmission at the position of the transmission device (35) and/or at a predetermined activation position of the energy consumer (41). Linearmotorsystem (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
wobei der Läufer (15) während der Energieübertragung und/oder während einer Aktivierung des Energieverbrauchers (41) in Bewegung ist.Linear motor system (11) according to any one of claims 1 to 10,
wherein the rotor (15) is in motion during the energy transfer and/or during an activation of the energy consumer (41). Verfahren zum Betreiben eines Linearmotorsystems (11), welches einen Läufer (15) und eine Führungsbahn (17) mit einer Vielzahl von entlang der Führungsbahn (17) verteilt angeordneten Elektromagneten (21) aufweist, die mit einem Antriebsmagneten (23) des Läufers (15) zusammenwirken, um den Läufer (15) entlang der Führungsbahn (17) zu bewegen, wobei der Läufer (15) mit einem Energieverbraucher (41) und einer Energiespeichereinrichtung (43) zur Energieversorgung des Energieverbrauchers (41) ausgestattet ist und entlang der Führungsbahn (17) mindestens eine Prozessstation (33), an welcher der Energieverbraucher (41) des Läufers (15) aktiviert wird, und mindestens eine Übertragungseinrichtung (35) zur Übertragung von Energie auf den Läufer (15) vorgesehen sind, wobei das Verfahren umfasst, dass: in einer Kalibrierungsphase des Linearmotorsystems (11) eine Energiemenge ermittelt wird, die für eine Aktivierung des Energieverbrauchers (41) an der Prozessstation (33) erforderlich ist, die in der Kalibrierungsphase ermittelte Energiemenge in einer Betriebsphase des Linearmotorsystems (11) mittels der Übertragungseinrichtung (35) auf den Läufer (15) übertragen wird, bevor der Energieverbraucher (41) des Läufers (15) an der Prozessstation (33) aktiviert wird. Method for operating a linear motor system (11), which has a rotor (15) and a guideway (17) with a large number of electromagnets (21) distributed along the guideway (17) and connected to a drive magnet (23) of the rotor (15 ) cooperate to move the runner (15) along the guideway (17), wherein the rotor (15) is equipped with an energy consumer (41) and an energy storage device (43) for supplying energy to the energy consumer (41) and at least one process station (33), at which the energy consumer (41) of the rotor (15) is activated, and at least one transmission device (35) for transmitting energy to the rotor (15) are provided along the guide track (17), the method comprising: in a calibration phase of the linear motor system (11), an amount of energy is determined which is required for activating the energy consumer (41) at the process station (33), the amount of energy determined in the calibration phase is transferred to the runner (15) by means of the transmission device (35) in an operating phase of the linear motor system (11) before the energy consumer (41) of the runner (15) is activated at the process station (33). Verfahren nach Anspruch 13,
wobei die Energiespeichereinrichtung (43) des Läufers (15) zur Speicherung von elektrischer Ladung ausgebildet ist und
wobei das Verfahren ferner umfasst, dass in der Kalibrierungsphase des Linearmotorsystems (11): ein erster Ladezustand der Energiespeichereinrichtung (43) ermittelt wird, bevor der Energieverbraucher (41) des Läufers (15) an der Prozessstation (33) aktiviert wird, ein zweiter Ladezustand der Energiespeichereinrichtung (43) nach der Aktivierung des Energieverbrauchers (41) an der Prozessstation (33) ermittelt wird und die Energiemenge, die zur Aktivierung des Energieverbrauchers (41) erforderlich ist, anhand einer Differenz des ersten Ladezustands und des zweiten Ladezustands der Energiespeichereinrichtung (43) ermittelt wird. Method according to claim 13,
wherein the energy storage device (43) of the rotor (15) is designed to store an electrical charge and
the method further comprising in the calibration phase of the linear motor system (11): a first state of charge of the energy storage device (43) is determined before the energy consumer (41) of the rotor (15) is activated at the process station (33), a second state of charge of the energy storage device (43) is determined after the activation of the energy consumer (41) at the process station (33) and the amount of energy required to activate the energy consumer (41) is determined on the basis of a difference between the first state of charge and the second state of charge of the energy storage device (43). Verfahren nach Anspruch 14,
wobei das Verfahren ferner umfasst, dass in der Betriebsphase des Linearmotorsystems (11): ein dritter Ladezustand der Energiespeichereinrichtung (43) ermittelt wird, bevor der Energieverbrauchers (41) an der Prozessstation (33) aktiviert wird, ein vierter Ladezustand der Energiespeichereinrichtung (43) nach der Aktivierung des Energieverbrauchers (41) an der Prozessstation (33) ermittelt wird, eine Korrektur-Energiemenge zur Aktivierung des Energieverbrauchers (41) anhand einer Differenz des dritten Ladezustands und des vierten Ladezustands der Energiespeichereinrichtung (43) ermittelt wird, eine Abweichung zwischen der in der Kalibrierungsphase ermittelten Energiemenge und der Korrektur-Energiemenge ermittelt wird und die in der Kalibrierungsphase ermittelte Energiemenge mit der Korrektur-Energiemenge aktualisiert wird, wenn die Abweichung einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet. Method according to claim 14,
the method further comprising in the operational phase of the linear motor system (11): a third state of charge of the energy storage device (43) is determined before the energy consumer (41) is activated at the process station (33), a fourth state of charge of the energy storage device (43) is determined after activation of the energy consumer (41) at the process station (33), a correction amount of energy for activating the energy consumer (41) is determined based on a difference between the third state of charge and the fourth state of charge of the energy storage device (43), a discrepancy between the amount of energy determined in the calibration phase and the amount of correction energy is determined and the amount of energy determined in the calibration phase is updated with the amount of correction energy if the deviation exceeds a predetermined threshold value.
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